CAS分析

CAS:Compare and Swap, 翻译成比较并交换。

 

CAS 指的是现代 CPU 普遍支持的一种对内存中的共享数据进行操做的一种特殊指令。这个指令会对内存中的共享数据作原子的读写操做。 简单介绍一下这个指令的操做过程：首先，CPU 会将内存中将要被更改的数据与指望的值作比较。而后，当这两个值相等时，CPU 才会将内存中的数值替换为新的值。不然便不作操做。最后，CPU 会将旧的数值返回。这一系列的操做是原子的。它们虽然看似复杂，但倒是 Java 5 并发机制优于原有锁机制的根本。简单来讲，CAS 的含义是“我认为原有的值应该是什么，若是是，则将原有的值更新为新值，不然不作修改，并告诉我原来的值是多少”。（这段描述引自《Java并发编程实践》）

简单的来讲，CAS有3个操做数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。 当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改成B，不然返回V。这是一种乐观锁的思路，它相信在它修改以前，没有其它线程去修改它；而 Synchronized是一种悲观锁，它认为在它修改以前，必定会有其它线程去修改它，悲观锁效率很低。

 

CAS优势

高效解决原子操做

 

CAS缺点

CAS虽然很高效的解决原子操做，可是CAS仍然存在三大问题。ABA问题，循环时间长开销大和只能保证一个共享变量的原子操做

1.  ABA问题。由于CAS须要在操做值的时候检查下值有没有发生变化，若是没有发生变化则更新，可是若是一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，可是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加一，那么A－B－A 就会变成1A-2B－3A。

从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法做用是首先检查当前引用是否等于预期引用，而且当前标志是否等于预期标志，若是所有相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。

关于ABA问题参考文档: http://blog.hesey.net/2011/09/resolve-aba-by-atomicstampedreference.html

2. 循环时间长开销大。自旋CAS若是长时间不成功，会给CPU带来很是大的执行开销。若是JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有必定的提高，pause指令有两个做用，第一它能够延迟流水线执行指令（de-pipeline）,使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。第二它能够避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（memory order violation）而引发CPU流水线被清空（CPU pipeline flush），从而提升CPU的执行效率。

 3. 只能保证一个共享变量的原子操做。当对一个共享变量执行操做时，咱们可使用循环CAS的方式来保证原子操做，可是对多个共享变量操做时，循环CAS就没法保证操做的原子性，这个时候就能够用锁，或者有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操做。好比有两个共享变量i＝2,j=a，合并一下ij=2a，而后用CAS来操做ij。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，你能够把多个变量放在一个对象里来进行CAS操做。